CN105720933B - 一种n相位丁类放大器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种N相位丁类放大器，N为大于或者等于2的整数，该N相位丁类放大器包括：N相位丁类放大电路以及N个电流平衡电路；其中，N相位丁类放大电路包括N个相位放大电路，每个相位放大电路包括一个脉冲宽度调制电路，脉冲宽度调制电路输出一脉冲宽度调制信号；每个脉冲宽度调制电路对应设置有一个电流平衡电路，电流平衡电路用于纠正N个脉冲宽度调制信号之间的偏差，平衡N个相位放大电路的输出电流；其中，电流平衡电路与脉冲宽度调制电路构成负反馈结构。本发明实施例通过平衡N个相位放大电路的输出电流，减小了热能转换并提高了电能转换效率，同时有利于提高器件的可靠性和寿命；且结构简单，易于实现，提高丁类放大器的整体效率。

Description

一种N相位丁类放大器

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种N相位丁类放大器。

背景技术

丁类(D类)放大器是一种生成脉冲序列并通过脉冲序列驱动负载的放大器，脉冲序列的脉冲宽度或时间密度被根据输入信号进行调制。传统的丁类放大器接收模拟输入信号并产生数字输出信号，丁类放大器优于性放大器(例如甲乙类放大器)的长处是其高效率。丁类放大器由丁类放大器控制器，开关，电感和电容组成。由于丁类放大器的输出脉冲具有固定幅度，所以开关部件被或通或断的切换，而不是以线性模式操作。为了进一步提高丁类放大器的效率和带宽，多相位的丁类放大器逐渐被应用。例如，如图1所示为单相位的丁类放大器，单相位丁类放大器由控制器，一个脉冲宽度调制器，一个输出开关，一个电容，一个电感组成。流入负载的电流等于电感电流。如图2所示为双相位的丁类放大器，双相位丁类放大器由一个控制器，两个脉冲宽度调制器，两个输出开关，两个电感，一个电容组成。第一相位和第二相位的三角波发生器的相位正好相反。当输入为静态信号并且负载恒定时，控制器输出信号是直流信号，由于第一相位和第二相位的三角波发生器的相位相反，第一相位和第二相位脉冲宽度调制器的输出信号，即第一相位开关信号及第二相位开关信号的相位亦相差180度。这种相位组合可以使两列脉冲在时间上交错叠加，从而达到平滑波形的效果。相对于单相位丁类放大器，双相位丁类放大器在每个开关周期里输出两个脉冲，而且两个脉冲交错出现，相当于提高了一倍开关频率。拥有大于一个相位的丁类放大器，面临的一个技术问题是平衡各个相位间的输出电流。理由简单解释如下：流入负载的电流等于两个电感电流的总和。由于电感的电流是电感两端电压的积分，而且与单相位的结构相比多相位的结构不抑制单个电感的电流来匹配总负载电流。因此电感电流会漂移。两相位的电路结构不能限定单个电感电流的大小，只会限制所有电感电流总和等于负载电流。因此，两个相位的电感电流不相等会造成某个电感上的电流过大，而造成过大的电能转换为热能损失，导致丁类放大器的效率降低。电感寄生电阻和开关寄生电阻有平衡电流的功能。如果两个相位间的电感电流不相等，电流大的相位在寄生电阻上产生的压降会减小那个相位上电感两端的电压差，从而使电流较大的那个相位积分得到较小的电流。也就是说寄生电阻带来一种电流负反馈，这种负反馈可以抑制电流，并且平衡各个相位间电流。但是由于丁类放大器输出开关和电感的寄生电阻一般比较小，因此寄生电阻的对电流平衡的效果不够明显。

如图3所示，第一相位脉冲宽度调制器的三角波和第二相位脉冲宽度调制器的三角波有180度的相位差。控制器输出信号和三角波相交的节点是脉冲宽度调制器输出开关信号翻转极性的地方。图中虚线显示的是第二相位的三角波和输出开关信号。从图中可以看见，当控制器输出信号在高电压时，脉冲宽度调制器输出的脉冲较宽，反之当控制器输出信号在低电压时，脉冲宽度调制器输出的脉冲较窄。由图3可以看到，虽然两个相位的脉冲宽度调制器的输入信号相同，但是由于内部三角波有相差，所以两个相位的脉冲宽度调制器各自的输出开关信号并不完全相同。由于各相位电感电流是对映开关信号的积分，所以脉冲宽度调制器的输出信号不同会造成不同相位上电感电流不相同。

发明内容

本发明的目的在于提供一种N相位丁类放大器，解决了N相位丁类放大器上各相位电流偏差的问题，平衡了各个相位上的电流，提高了器件的可靠性和寿命，且提高了丁类放大器的整体效率。

为了达到上述目的，本发明实施例提供一种N相位丁类放大器，N为大于或者等于2的整数，包括：N相位丁类放大电路以及N个电流平衡电路；其中，

所述N相位丁类放大电路包括N个相位放大电路，每个所述相位放大电路包括一个脉冲宽度调制电路，所述脉冲宽度调制电路输出一脉冲宽度调制信号；

每个所述脉冲宽度调制电路对应设置有一个电流平衡电路，所述电流平衡电路用于纠正N个脉冲宽度调制信号之间的偏差，平衡所述N个相位放大电路的输出电流；其中，所述电流平衡电路与所述脉冲宽度调制电路构成负反馈结构。

进一步的，所述N相位丁类放大电路还包括：一控制电路和一电容；其中，

所述控制电路的输出端分别与所述N个相位放大电路的输入端连接，所述N个相位放大电路的输出端相连并输出放大信号至一负载设备；

所述电容的一端与所述N个相位放大电路的输出端连接，另一端接地；

一输入信号输入至所述控制电路的第一输入端，所述N个相位放大电路的输出端反馈一反馈信号至所述控制电路的第二输入端，所述控制电路根据所述反馈信号调节所述输入信号得到一控制信号并输出至所述N个相位放大电路的输入端；其中，所述控制信号用于控制所述放大信号的稳定输出，使得所述放大信号等于所述输入信号。

进一步的，每个所述相位放大电路还包括一开关电路和一电感；其中，

所述脉冲宽度调制电路的输出端与所述开关电路的输入端连接，所述脉冲宽度调制信号用于控制所述开关电路的输出信号；

所述开关电路的输出端与所述电感的一端连接，所述电感的另一端为所述相位放大电路的输出端；

所述开关电路还包括一电源输入端和一接地端，所述开关电路的输出信号用于控制所述电感的连接状态；其中，当所述开关电路的输出信号为高电平时，所述电感与所述电源输入端连接；当所述开关电路的输出信号为低电平时，所述电感与所述接地端连接。

优选的，每个所述电流平衡电路的输入端分别与N个所述脉冲宽度调制信号连接，每个所述电流平衡电路的输出端与一个脉冲宽度调制电路的输入端连接；其中，

每个所述电流平衡电路根据N个所述脉冲宽度调制信号，输出一偏离信号给对应的脉冲宽度调制电路，所述脉冲宽度调制电路根据所述偏离信号调整输入所述脉冲宽度调制电路的待调制信号，纠正N个脉冲宽度调制信号之间的偏差。

优选的，每个所述电流平衡电路包括第一电流平衡电路和平均值电路；其中，

N个所述脉冲宽度调制信号输入至所述平均值电路的输入端，所述平均值电路确定N个所述脉冲宽度调制信号的平均信号，并将所述平均信号输出至所述第一电流平衡电路的输入端；

所述第一电流平衡电路的输入端还与所述脉冲宽度调制电路的输出端连接，所述第一电流平衡电路的输出端与所述脉冲宽度调制电路的输入端连接，所述第一电流平衡电路根据所述脉冲宽度调制信号和所述平均信号的差值确定所述偏离信号，并输出至所述脉冲宽度调制电路的输入端；

其中，输入所述脉冲宽度调制电路的待调制信号为所述控制信号和所述偏离信号的差值信号。

优选的，每个所述第一电流平衡电路包括：第一减法器、第一低通滤波器和第一放大器；其中，

所述第一减法器用于计算并确定所述脉冲宽度调制信号和所述平均信号的第一差值信号；

所述第一差值信号输入至所述第一低通滤波器的输入端，所述第一低通滤波器滤除所述第一差值信号中的高频噪声，得到第一差值滤波信号输出至第一放大器进行放大后得到所述偏离信号并输出。

优选的，多个所述第一电流平衡电路共用一个平均值电路；其中，

所述平均值电路输出的平均信号输出至每一个第一电流平衡电路的输入端。

优选的，每个所述电流平衡电路包括第二电流平衡电路和乘法器电路；其中，

所述乘法器电路与对应的脉冲宽度调制信号连接，用于将本脉冲宽度调制信号放大N-1倍后输出至所述第二电流平衡电路的输入端；

所述第二电流平衡电路的输入端还分别与除本脉冲宽度调制信号之外的N-1个脉冲宽度调制信号连接，所述第二电流平衡电路用于确定放大N-1倍后的本脉冲宽度调制信号与所述N-1个脉冲宽度调制信号的差值，并根据所述差值确定偏离信号，并输出至所述脉冲宽度调制电路的输入端；

其中，输入所述脉冲宽度调制电路的待调制信号为所述控制信号和所述偏离信号的差值信号。

优选的，每个所述第二电流平衡电路包括：第二减法器、第二低通滤波器和第二放大器；其中，

所述第二减法器用于计算并确定放大N-1倍后的本脉冲宽度调制信号与所述N-1个脉冲宽度调制信号的第二差值信号；

所述第二差值信号输入至所述第二低通滤波器的输入端，所述第二低通滤波器滤除所述第二差值信号中的高频噪声，得到第二差值滤波信号输出至第二放大器进行放大后得到所述偏离信号并输出。

优选的，当所述N等于2时，双相位丁类放大器包括：

控制器、第一脉冲宽度调制电路、第二脉冲宽度调制电路、第一1/2乘法器、第二1/2乘法器、加法器、第一子减法器、第二子减法器、第一子低通滤波器、第二子低通滤波器、第一子放大器、第二子放大器、第一调整减法器、第二调整减法器、第一开关电路、第二开关电路、第一电感、第二电感以及电容；其中，

所述输入信号输入至所述控制器的第一输入端，所述控制器的输出端分别与第一调整减法器的输入端和第二调整减法器的输入端连接，所述第一调整减法器的输出端与第一脉冲宽度调制电路的输入端连接，第一脉冲宽度调制电路的输出端分别与第一子减法器的输入端、第一1/2乘法器的输入端以及第一开关电路的输入端连接；所述第二调整减法器的输出端与所述第二脉冲宽度调制电路的输入端连接，第二脉冲宽度调整电路的输出端分别与第二子减法器的输入端、第二1/2乘法器的输入端以及第二开关电路的输入端连接；

所述第一1/2乘法器的输出端和所述第二1/2乘法器的输出端均与所述加法器的输入端连接，所述加法器的输出端分别与所述第一子减法器的输入端和所述第二子减法器的输入端连接；所述第一子减法器的输出端与所述第一子低通滤波器的输入端连接，所述第一子低通滤波器的输出端与所述第一子放大器的输入端连接，所述第一子放大器的输出端与所述第一调整减法器的输入端连接；所述第二子减法器的输出端与所述第二子低通滤波器的输入端连接，所述第二子低通滤波器的输出端与所述第二子放大器的输入端连接，所述第二子放大器的输出端与所述第二调整减法器的输入端连接；

所述第一开关电路的电源输入端接入一电源电压，所述第一开关电路的接地端接地；所述第二开关电路的电源输入端接入一电源电压，所述第二开关电路的接地端接地；所述第一开关电路的输出端与所述第一电感的一端连接，所述第二开关电路的输出端与所述第二电感的一端连接，所述第一电感的另一端与所述第二电感的另一端连接并分别与所述电容的一端和所述控制器的第二输入端连接并输出所述放大信号，所述电容的另一端接地。

优选的，当所述N等于2时，双相位丁类放大器包括：

控制器、第三脉冲宽度调制电路、第四脉冲宽度调制电路、第三子减法器、第四子减法器、第三子低通滤波器、第四子低通滤波器、第三子放大器、第四子放大器、第三开关电路、第四开关电路、第三电感、第四电感以及电容；其中，

所述输入信号输入至所述控制器的第一输入端，所述控制器的输出端分别与所述第三脉冲宽度调制电路的输入端和所述第四脉冲宽度调制电路的输入端连接，所述第三脉冲宽度调制电路的输出端分别与所述第三子减法器的输入端、第四子减法器的输入端以及所述第三开关电路的输入端连接，所述第四脉冲宽度调制电路的输出端分别与所述第四子减法器的输入端、第三子减法器的输入端以及所述第四开关电路的输入端连接；

所述第三子减法器的输出端与所述第三子低通滤波器的输入端连接，所述第三子低通滤波器的输出端与所述第三子放大器的输入端连接，所述第三子放大器的输出端与所述第三脉冲宽度调制电路的输入端连接；所述第四子减法器的输出端与所述第四子低通滤波器的输入端连接，所述第四子低通滤波器的输出端与所述第四子放大器的输入端连接，所述第四子放大器的输出端与所述第四脉冲宽度调制电路的输入端连接；

所述第三开关电路的电源输入端接入一电源电压，所述第三开关电路的接地端接地；所述第三开关电路的电源输入端接入一电源电压，所述第三开关电路的接地端接地；所述第三开关电路的输出端与所述第三电感的一端连接，所述第四开关电路的输出端与所述第四电感的一端连接，所述第三电感的另一端与所述第四电感的另一端连接并分别与所述电容的一端和所述控制器的第二输入端连接并输出所述放大信号，所述电容的另一端接地。

本发明的上述技术方案至少具有如下有益效果：

本发明实施例的N相位丁类放大器中，通过为N相位丁类放大电路设置N个电流平衡电路，且每个电流平衡电路和对应的相位放大电路中的脉冲宽度调制电路构成负反馈结构，从而通过电流平衡电路纠正N个脉冲宽度调制信号之间的偏差，达到平衡N个相位放大电路的输出电流的目的；即把总输出电流平均地分配到各个相位放大电路上，减小了热能转换并提高了电能转换效率，同时有利于提高器件的可靠性和寿命；另外平均分配各相位电流有助于均衡各相位在开关电阻上的压降，有利于减小开关动作引发的噪声；本发明实施例提供电流平衡电路结构简单，易于实现，且省电，从而提高丁类放大器的整体效率。

附图说明

图1表示现有技术中单相位丁类放大器的基本结构示意图；

图2表示现有技术中双相位丁类放大器的基本结构示意图；

图3表示现有技术中双相位丁类放大器的脉冲宽度调制器的工作原理图；

图4表示本发明实施例的N相位丁类放大器的基本结构示意图；

图5表示本发明实施例的N相位丁类放大器的控制器的组成结构示意图；

图6表示本发明实施例的双相位丁类放大器的第一种实现方式的基本结构示意图；

图7表示本发明实施例的四相位丁类放大器的第一种实现方式的基本结构示意图；

图8表示本发明实施例的双相位丁类放大器的第二种实现方式的基本结构示意图；

图9表示本发明实施例的四相位丁类放大器的第二种实现方式的基本结构示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明针对现有技术中多相位丁类放大器上各个相位的电流存在偏差的问题，提供一种N相位丁类放大器，通过为N相位丁类放大电路设置N个电流平衡电路，且每个电流平衡电路和对应的相位放大电路中的脉冲宽度调制电路构成负反馈结构，从而通过电流平衡电路纠正N个脉冲宽度调制信号之间的偏差，达到平衡N个相位放大电路的输出电流的目的；即把总输出电流平均地分配到各个相位放大电路上，减小了热能转换并提高了电能转换效率，同时有利于提高器件的可靠性和寿命；另外平均分配各相位电流有助于均衡各相位在开关电阻上的压降，有利于减小开关动作引发的噪声；本发明实施例提供电流平衡电路结构简单，易于实现，且省电，从而提高丁类放大器的整体效率。

需要说明的是，本发明实施例提供的N相位丁类放大器中，N为大于或者等于2的整数，为了更清楚的描述本发明实施例的具体结构，下面主要结合双相位丁类放大器(即N等于2)的结构具体描述本发明实施例，当N为其他整数，例如三相位丁类放大器、四相位丁类放大器等结构能够依据本发明实施例的具体描述毫无疑义的得到，在本申请中不一一描述。

如图4所示，本发明实施例提供一种N相位丁类放大器，N为大于或者等于2的整数，包括：N相位丁类放大电路以及N个电流平衡电路；其中，

所述N相位丁类放大电路包括N个相位放大电路2(图3中仅标出一个相位放大电路)，每个所述相位放大电路2包括一个脉冲宽度调制电路M，所述脉冲宽度调制电路M输出一脉冲宽度调制信号；

每个所述脉冲宽度调制电路M对应设置有一个电流平衡电路1，所述电流平衡电路1用于纠正N个脉冲宽度调制信号之间的偏差，平衡所述N个相位放大电路2的输出电流；其中，所述电流平衡电路1与所述脉冲宽度调制电路M构成负反馈结构。

本发明的上述实施例中，电流平衡电路1和脉冲宽度调制电路M构成负反馈结构，通过电流平衡电路1纠正N个脉冲宽度调制信号之间的偏差，从而使得N个脉冲宽度调制信号的等效信号相等，继而平衡N个相位放大电路2的输出电流的大小。

具体的，如图4所示，本发明的上述实施例中所述N相位丁类放大电路还包括：一控制电路3和一电容C；其中，

所述控制电路3的输出端分别与所述N个相位放大电路2的输入端连接，所述N个相位放大电路2的输出端相连并输出放大信号至一负载设备；

所述电容C的一端与所述N个相位放大电路2的输出端连接，另一端接地；

一输入信号输入至所述控制电路3的第一输入端，所述N个相位放大电路2的输出端反馈一反馈信号至所述控制电路3的第二输入端，所述控制电路3根据所述反馈信号调节所述输入信号得到一控制信号并输出至所述N个相位放大电路2的输入端；其中，所述控制信号用于控制所述放大信号的稳定输出，使得所述放大信号等于所述输入信号。

本发明的上述实施例中，控制器的具体结构如图5所示，输入信号与反馈信号相减，得到误差信号。误差信号分别经过积分器，比例器，微分器处理，并相加到一起。控制器的输出信号由脉冲宽度调制器转换为一个控制信号，控制信号控制开关。当输入信号是恒定的，并且负载是稳定的情况下，脉冲宽度调制器输出的开关信号具有恒定频率，并且脉冲宽度与控制器输出信号成正比。其中，丁类放大器的电感器和电容器构成一个二介滤波器。这个二介滤波器可以把开关信号里含有的高次谐波滤除。电容器上的电压和控制器的输出电压成正比。

控制器的作用有两点：控制丁类放大器的输出电压，使其等于输入信号以及保证反馈系统的稳定性。具体应用中，控制器一般使用经典的PID控制器。P代表比例，I代表积分，D代表微分。最简单的PID控制器可以只含有I部分，也就是积分器。积分器可以保证在稳态下，反馈信号等于输入信号。PID控制器的原理和实现细节在此不作详细描述。

具体的，每个所述相位放大电路2还包括一开关电路K和一电感L；其中，

所述脉冲宽度调制电路M的输出端与所述开关电路K的输入端连接，所述脉冲宽度调制信号用于控制所述开关电路K的输出信号；

所述开关电路K的输出端与所述电感L的一端连接，所述电感L的另一端为所述相位放大电路的输出端，即如图4所示，N个电感L的一端(不与开关电路K连接的一端)相连并输出至电容C及一负载；

所述开关电路K还包括一电源输入端和一接地端，所述开关电路K的输出信号用于控制所述电感L的连接状态；其中，当所述开关电路K的输出信号为高电平时，所述电感L与所述电源输入端连接；当所述开关电路K的输出信号为低电平时，所述电感L与所述接地端连接。

图4中所示的负载电流为流过所有电感L的电流之和，需要说明的是，控制器3的设置限制上述负载电流的大小，保证了系统的稳定性，但是无法限制流过各个电感L的电流的大小，故本发明实施例提供的电流平衡电路是用来平衡各个相位放大电路之间的电流，其总的电流之和(即负载电流)保持不变。

本发明的上述实施例中，如图4所示，其负反馈结构的具体连接方式为：每个所述电流平衡电路1的输入端分别与N个所述脉冲宽度调制信号连接，每个所述电流平衡电路1的输出端与一个脉冲宽度调制电路M的输入端连接；其中，

每个所述电流平衡电路1根据N个所述脉冲宽度调制信号，输出一偏离信号给对应的脉冲宽度调制电路M，所述脉冲宽度调制电路M根据所述偏离信号调整输入所述脉冲宽度调制电路的待调制信号，纠正N个脉冲宽度调制信号之间的偏差。

本发明实施例中主要提供两种电流平衡电路的实现方式，下面分别对两种实现方式进行具体描述：

第一种实现方式：

如图6所示，每个所述电流平衡电路1包括第一电流平衡电路11和平均值电路12；其中，

N个所述脉冲宽度调制信号输入至所述平均值电路12的输入端，所述平均值电路12确定N个所述脉冲宽度调制信号的平均信号，并将所述平均信号输出至所述第一电流平衡电路11的输入端；

所述第一电流平衡电路11的输入端还与所述脉冲宽度调制电路的输出端连接，所述第一电流平衡电路11的输出端与所述脉冲宽度调制电路M的输入端连接，所述第一电流平衡电路11根据所述脉冲宽度调制信号和所述平均信号的差值确定所述偏离信号，并输出至所述脉冲宽度调制电路M的输入端；

其中，输入所述脉冲宽度调制电路M的待调制信号为所述控制信号和所述偏离信号的差值信号。

具体的，每个所述第一电流平衡电路11包括：第一减法器、第一低通滤波器和第一放大器；其中，

所述第一减法器用于计算并确定所述脉冲宽度调制信号和所述平均信号的第一差值信号；

所述第一差值信号输入至所述第一低通滤波器的输入端，所述第一低通滤波器滤除所述第一差值信号中的高频噪声，得到第一差值滤波信号输出至第一放大器进行放大后得到所述偏离信号并输出。

较佳的，如图6所示，多个所述第一电流平衡电路11共用一个平均值电路12；其中，

所述平均值电路12输出的平均信号输出至每一个第一电流平衡电路11的输入端。

优选的，当N＝2时，即双相位丁类放大器的电路结构具体如图6所示，包括：

控制器3、第一脉冲宽度调制电路M1、第二脉冲宽度调制电路M2、第一1/2乘法器X1、第二1/2乘法器X2、加法器A、第一子减法器S1、第二子减法器S2、第一子低通滤波器RT1、第二子低通滤波器RT2、第一子放大器F1、第二子放大器F2、第一调整减法器S3、第二调整减法器S4、第一开关电路K1、第二开关电路K2、第一电感L1、第二电感L2以及电容C；其中，第一电感L1串联一寄生电阻，即第一电阻R1；第二电感L2也串联一寄生电阻，即第二电阻R2；需要说明的是，理想的电感没有寄生电阻，实际应用中的电感都含有寄生电阻。其寄生电阻的设置带来一种电流负反馈，这种负反馈可以抑制电流并且平衡各个相位间电流；但是由于丁类放大器的寄生电阻一般比较小，因此寄生电阻对电流平衡的效果不够明显。且在丁类放大器的实际应用中，不会刻意使用和电感串联的电阻，因为虽然这个电阻在电流平衡电路缺失的情况下，能起到一定的电流平衡的效果，但是也会增加电能的损耗，降低丁类放大器的效率。故可根据实际电路确认是否需要第一电阻R1和第二电阻R2(即寄生电阻)。本发明的具体实施例如图6所示，以带有寄生电阻的电感为例进行具体描述：

所述输入信号输入至所述控制器3的第一输入端，所述控制器3的输出端分别与第一调整减法器S3的输入端和第二调整减法器S4的输入端连接，所述第一调整减法器S3的输出端与第一脉冲宽度调制电路M1的输入端连接，第一脉冲宽度调制电路M1的输出端分别与第一子减法器S1的输入端、第一1/2乘法器X1的输入端以及第一开关电路K1的输入端连接；所述第二调整减法器S4的输出端与所述第二脉冲宽度调制电路M2的输入端连接，第二脉冲宽度调整电路M2的输出端分别与第二子减法器S2的输入端、第二1/2乘法器X2的输入端以及第二开关电路K2的输入端连接；

所述第一1/2乘法器X1的输出端和所述第二1/2乘法器X2的输出端均与所述加法器A的输入端连接，所述加法器A的输出端分别与所述第一子减法器S1的输入端和所述第二子减法器S3的输入端连接；所述第一子减法器S1的输出端与所述第一子低通滤波器RT1的输入端连接，所述第一子低通滤波器RT1的输出端与所述第一子放大器F1的输入端连接，所述第一子放大器F1的输出端与所述第一调整减法器S3的输入端连接；所述第二子减法器S2的输出端与所述第二子低通滤波器RT2的输入端连接，所述第二子低通滤波器RT2的输出端与所述第二子放大器F2的输入端连接，所述第二子放大器F2的输出端与所述第二调整减法器S4的输入端连接；

所述第一开关电路K1的电源输入端接入一电源电压，所述第一开关电路K1的接地端接地；所述第二开关电路K2的电源输入端接入一电源电压，所述第二开关电路K2的接地端接地；所述第一开关电路K1的输出端串联所述第一电阻R1后与所述第一电感L1的一端连接，所述第二开关电路K2的输出端串联所述第二电阻R2后与所述第二电感L2的一端连接，所述第一电感L1的另一端与所述第二电感L2的另一端连接并分别与所述电容C的一端和所述控制器3的第二输入端连接并输出所述放大信号，所述电容C的另一端接地。

本发明的上述双相位丁类放大器中，第一相位的输出脉冲与第二相位的输出脉冲各乘以系数0.5并相加得到第一相位脉冲和第二相位脉冲的平均值。第一相位的输出脉冲与平均值相减，得到第一相位输出脉冲与第一第二相位输出脉冲平均值之间的差值，也就是第一相位输出脉冲偏离两相位平均值的差值。这个差值被低通滤波，并反馈到第一相位脉冲宽度调制器输入端，与第二相位脉冲宽度调制器的输入信号，也就是丁类放大器控制器的输出信号相减得到第一脉冲宽度调制电路M1的待调制信号。第二相位的输出脉冲与平均值相减，得到第二相位输出脉冲与第一第二相位输出脉冲平均值之间的差值，也就是第二相位输出脉冲偏离两相位平均值的差值。这个差值被低通滤波，并反馈到第二相位脉冲宽度调制器输入端，与第二相位脉冲宽度调制器的输入信号，也就是丁类放大器控制器的输出信号相减得到第二脉冲宽度调制电路M2的待调制信号。低通滤波器的作用是抑制开关信号中含有的高频噪声。

综上，第一种实现方式下本发明电流平衡电路，主要工作原理叙述如下(以双相丁类放大器为例)：

第一和第二相位的输出脉冲的平均值通过乘以系数1/2和加法器求得。第一相位输出脉冲等效信号离两相位输出开关信号的平均值的偏差通过减法器和低通滤波器求得。求得偏差被反馈到脉冲宽度调制器的输入端，与控制器的输出信号相减；

如果第一相位输出脉冲的等效信号高于两个相位开关信号等效信号的平均值，平衡电路会探测到这个正偏差。控制器的输出信号会被减去这个正偏差，导致第一相位的脉冲宽度会因为这个负反馈而降低，从而矫正第一相位输出信号的正偏差；

如果第一相位输出脉冲的等效信号低于两个相位开关信号等效信号的平均值，平衡电路会探测到这个负偏差。控制器的输出信号会被减去这个负偏差，导致第一相位的脉冲宽度会因为这个负反馈而升高，从而矫正第一相位输出信号的负偏差。

优选的，当N＝4时，即四相位丁类放大器的电路结构具体如图7所示(其原理与双相位丁类放大器相同)：

图7是带有电流平衡电路的四相位丁类放大器的示意图。四个相位的脉冲宽度调制器的输出信号相加得到平均值。每个相位脉冲宽度调制器与所有相位脉冲宽度调制器的平均值的偏差由减法器求得。这个偏差被低通滤波并放大负反馈到脉冲宽度调制器的输入端，与控制器的输出信号相减，从而纠正那个相位脉冲宽度调制器与平均值之间的偏离。如果那个相位脉冲宽度调制器的输出脉冲比各相位的平均值高，那么脉冲宽度调制器的输入端会减去放大的偏差值，从而纠正那个相位的偏差。

第二种实现方式：其中，第二实现方式为第一实现方式的简化方式，具体描述如下：

如图8所示，每个所述电流平衡电路1包括第二电流平衡电路和乘法器电路；其中，

所述乘法器电路与对应的脉冲宽度调制信号连接，用于将本脉冲宽度调制信号放大N-1倍后输出至所述第二电流平衡电路的输入端；

所述第二电流平衡电路的输入端还分别与除本脉冲宽度调制信号之外的N-1个脉冲宽度调制信号连接，所述第二电流平衡电路用于确定放大N-1倍后的本脉冲宽度调制信号与所述N-1个脉冲宽度调制信号的差值，并根据所述差值确定偏离信号，并输出至所述脉冲宽度调制电路的输入端；

其中，输入所述脉冲宽度调制电路的待调制信号为所述控制信号和所述偏离信号的差值信号。

且每个所述第二电流平衡电路包括：第二减法器、第二低通滤波器和第二放大器；其中，

所述第二放大器用于计算并确定放大N-1倍后的本脉冲宽度调制信号与所述N-1个脉冲宽度调制信号的第二差值信号；

所述第二差值信号输入至所述第二低通滤波器的输入端，所述第二低通滤波器滤除所述第二差值信号中的高频噪声，得到第二差值滤波信号输出至第二放大器进行放大后得到所述偏离信号并输出。

较佳的，当N＝2时，双相位丁类放大器的电路结构如图8所示，包括：

控制器3、第三脉冲宽度调制电路M3、第四脉冲宽度调制电路M4、第三子减法器S5、第四子减法器S6、第三子低通滤波器RT3、第四子低通滤波器RT4、第三子放大器F3、第四子放大器F4、第三开关电路K3、第四开关电路K4、第三电感L3、第四电感L4、第三电阻R3、第四电阻R4以及电容C；其中，第三电阻R3和第四电阻R4分别为第三电感L3和第四电感L4的寄生电阻，其作用及原理与上述的第一电阻R1和第二电阻R2一致，在此不重复描述；且本发明的具体实施例如图8所示，以带有寄生电阻的电感为例进行具体描述：

所述输入信号输入至所述控制器3的第一输入端，所述控制器3的输出端分别与所述第三脉冲宽度调制电路M3的输入端和所述第四脉冲宽度调制电路M4的输入端连接，所述第三脉冲宽度调制电路M3的输出端分别与所述第三子减法器S5的输入端、第四子减法器S6的输入端以及所述第三开关电路K3的输入端连接，所述第四脉冲宽度调制电路M4的输出端分别与所述第四子减法器S6的输入端、第三子减法器S5的输入端以及所述第四开关电路K4的输入端连接；

所述第三子减法器S5的输出端与所述第三子低通滤波器RT3的输入端连接，所述第三子低通滤波器RT3的输出端与所述第三子放大器F3的输入端连接，所述第三子放大器F3的输出端与所述第三脉冲宽度调制电路M3的输入端连接；所述第四子减法器S6的输出端与所述第四子低通滤波器RT4的输入端连接，所述第四子低通滤波器RT4的输出端与所述第四子放大器F4的输入端连接，所述第四子放大器F4的输出端与所述第四脉冲宽度调制电路M4的输入端连接；

所述第三开关电路K3的电源输入端接入一电源电压，所述第三开关电路K3的接地端接地；所述第三开关电路K3的电源输入端接入一电源电压，所述第三开关电路K3的接地端接地；所述第三开关电路K3的输出端串联所述第三电阻R3后与所述第三电感L3的一端连接，所述第四开关电路K4的输出端串联所述第四电阻R4后与所述第四电感L4的一端连接，所述第三电感L3的另一端与所述第四电感L4的另一端连接并分别与所述电容C的一端和所述控制器3的第二输入端连接并输出所述放大信号，所述电容C的另一端接地。

本发明的上述实施例中，图8是一种简化双相位丁类放大器电流平衡电路。图8的电流平衡电路的完全等效与图6所示的结构，图8的结构省略了图6当中用来求两个脉冲宽度调制器输出平均值的组件，并且将图6中脉冲宽度调制器输入端的加法器和脉冲宽度调制器内部的加法器相合并了。这种简化的结构在实际运用中更容易实现，节省硬件，节省能耗，增加可靠性。图8中结构的介绍如下：第一相位输出脉冲和第二相位输出脉冲相减，相减结果输入到低通滤波器，并被放大器放大，放大器的输出信号被反馈到脉冲宽度调制器的加法器，并和控制器的输出信号相减。第一相位脉冲宽度调制器输出脉冲和第二相位脉冲宽度调制器的输出脉冲之差等效于第一相位脉冲宽度调制器输出脉冲与两相位脉冲宽度调制器输出脉冲平均值之差，之间有一个系数的差别。每个相位脉冲宽度调制器输出脉冲偏离所有相位脉冲宽度调制器的平均值会被这个负反馈环路所抑制。

相应的，当N＝4时，即四相位丁类放大器的电路结构具体如图9所示(其原理与双相位丁类放大器相同)：

图9的结构省略了图7当中用来求四个脉冲宽度调制器输出平均值的组件，并且将图7中脉冲宽度调制器输入端的加法器和脉冲宽度调制器内部的加法器相合并了。这种简化的结构在实际运用中更容易实现，节省硬件，节省能耗，增加可靠性。图9中结构的介绍如下：第一相位输出脉冲放大3倍和第二、三、四相位输出脉冲相减，相减结果输入到低通滤波器，并被放大器放大，放大器的输出信号被反馈到脉冲宽度调制器的加法器，并和控制器的输出信号相减。第一相位脉冲宽度调制器输出脉冲的三倍和第二、三、四相位脉冲宽度调制器的输出脉冲之差等效于第一相位脉冲宽度调制器输出脉冲与四个相位脉冲宽度调制器输出脉冲平均值之差，之间仅仅有一个放大系数的差别。每个相位脉冲宽度调制器输出脉冲偏离所有相位脉冲宽度调制器的平均值会被这个负反馈环路所抑制，从而维持每个相位电感电流与所有平相位电感平均电流一致。

综上，本发明实施例提供的N相位丁类放大器中，通过调节脉冲宽度调制器的输出脉冲来平衡各相位电流，把负载电流平均地分配到各个相位，以提高减小热能转换并提高电能转换效率。除此以外，把电流平均的分配到各相位，有利于提高器件可靠性和寿命。另外平均分配各相位电流有助于均衡各相位在开关电阻上的压降，有利于减小开关动作引发的噪声。本发明所提供的电路结构简单，与传统的电流平衡电路更容易实现，而且也更省电，从而提高放大器整体效率。对于使用在包络跟踪器上的丁类放大器，各相位电感电流平衡有助于抑制放大器的开关噪声并提高线性度。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种N相位丁类放大器，N为大于或者等于2的整数，其特征在于，包括：N相位丁类放大电路以及N个电流平衡电路；其中，

所述N相位丁类放大电路包括N个相位放大电路，每个所述相位放大电路包括一个脉冲宽度调制电路，所述脉冲宽度调制电路输出一脉冲宽度调制信号；

每个所述脉冲宽度调制电路对应设置有一个电流平衡电路，所述电流平衡电路用于纠正N个脉冲宽度调制信号之间的偏差，平衡所述N个相位放大电路的输出电流；其中，所述电流平衡电路与所述脉冲宽度调制电路构成负反馈结构；

其中，所述电流平衡电路包括：减法器、低通滤波器和放大器；

所述减法器用于计算并确定本脉冲宽度调制信号与其他N-1个脉冲宽度调制信号的差值信号；

所述低通滤波器与所述减法器连接，所述低通滤波器用于滤除所述差值信号中的高频噪声，得到差值滤波信号；

所述放大器与所述低通滤波器连接，所述放大器用于对差值滤波信号进行放大，得到偏离信号；

所述放大器与所述脉冲宽度调制电路连接，将所述偏离信号输出至所述脉冲宽度调制电路的输入端。

2.根据权利要求1所述的N相位丁类放大器，其特征在于，所述N相位丁类放大电路还包括：一控制电路和一电容；其中，

所述控制电路的输出端分别与所述N个相位放大电路的输入端连接，所述N个相位放大电路的输出端相连并输出放大信号至一负载设备；

所述电容的一端与所述N个相位放大电路的输出端连接，另一端接地；

一输入信号输入至所述控制电路的第一输入端，所述N个相位放大电路的输出端反馈一反馈信号至所述控制电路的第二输入端，所述控制电路根据所述反馈信号调节所述输入信号得到一控制信号并输出至所述N个相位放大电路的输入端；其中，所述控制信号用于控制所述放大信号的稳定输出，使得所述放大信号等于所述输入信号。

3.根据权利要求2所述的N相位丁类放大器，其特征在于，每个所述相位放大电路还包括一开关电路和一电感；其中，

所述脉冲宽度调制电路的输出端与所述开关电路的输入端连接，所述脉冲宽度调制信号用于控制所述开关电路的输出信号；

所述开关电路的输出端与所述电感的一端连接，所述电感的另一端为所述相位放大电路的输出端；

所述开关电路还包括一电源输入端和一接地端，所述开关电路的输出信号用于控制所述电感的连接状态；其中，当所述开关电路的输出信号为高电平时，所述电感与所述电源输入端连接；当所述开关电路的输出信号为低电平时，所述电感与所述接地端连接。

4.根据权利要求3所述的N相位丁类放大器，其特征在于，每个所述电流平衡电路的输入端分别与N个所述脉冲宽度调制信号连接，每个所述电流平衡电路的输出端与一个脉冲宽度调制电路的输入端连接；其中，

每个所述电流平衡电路根据N个所述脉冲宽度调制信号，输出一偏离信号给对应的脉冲宽度调制电路，所述脉冲宽度调制电路根据所述偏离信号调整输入所述脉冲宽度调制电路的待调制信号，纠正N个脉冲宽度调制信号之间的偏差。

5.根据权利要求4所述的N相位丁类放大器，其特征在于，每个所述电流平衡电路包括第一电流平衡电路和平均值电路；其中，

N个所述脉冲宽度调制信号输入至所述平均值电路的输入端，所述平均值电路确定N个所述脉冲宽度调制信号的平均信号，并将所述平均信号输出至所述第一电流平衡电路的输入端；

所述第一电流平衡电路的输入端还与所述脉冲宽度调制电路的输出端连接，所述第一电流平衡电路的输出端与所述脉冲宽度调制电路的输入端连接，所述第一电流平衡电路根据所述脉冲宽度调制信号和所述平均信号的差值确定所述偏离信号，并输出至所述脉冲宽度调制电路的输入端；

其中，输入所述脉冲宽度调制电路的待调制信号为所述控制信号和所述偏离信号的差值信号。

6.根据权利要求5所述的N相位丁类放大器，其特征在于，每个所述第一电流平衡电路包括：第一减法器、第一低通滤波器和第一放大器；其中，

所述第一减法器用于计算并确定所述脉冲宽度调制信号和所述平均信号的第一差值信号；

所述第一差值信号输入至所述第一低通滤波器的输入端，所述第一低通滤波器滤除所述第一差值信号中的高频噪声，得到第一差值滤波信号输出至第一放大器进行放大后得到所述偏离信号并输出。

7.根据权利要求6所述的N相位丁类放大器，其特征在于，多个所述第一电流平衡电路共用一个平均值电路；其中，

所述平均值电路输出的平均信号输出至每一个第一电流平衡电路的输入端。

8.根据权利要求4所述的N相位丁类放大器，其特征在于，每个所述电流平衡电路包括第二电流平衡电路和乘法器电路；其中，

所述乘法器电路与对应的脉冲宽度调制信号连接，用于将本脉冲宽度调制信号放大N-1倍后输出至所述第二电流平衡电路的输入端；

所述第二电流平衡电路的输入端还分别与除本脉冲宽度调制信号之外的N-1个脉冲宽度调制信号连接，所述第二电流平衡电路用于确定放大N-1倍后的本脉冲宽度调制信号与所述N-1个脉冲宽度调制信号的差值，并根据所述差值确定偏离信号，并输出至所述脉冲宽度调制电路的输入端；

其中，输入所述脉冲宽度调制电路的待调制信号为所述控制信号和所述偏离信号的差值信号。

9.根据权利要求8所述的N相位丁类放大器，其特征在于，每个所述第二电流平衡电路包括：第二减法器、第二低通滤波器和第二放大器；其中，

所述第二减法器用于计算并确定放大N-1倍后的本脉冲宽度调制信号与所述N-1个脉冲宽度调制信号的第二差值信号；

所述第二差值信号输入至所述第二低通滤波器的输入端，所述第二低通滤波器滤除所述第二差值信号中的高频噪声，得到第二差值滤波信号输出至第二放大器进行放大后得到所述偏离信号并输出。

10.根据权利要求7所述的N相位丁类放大器，其特征在于，当所述N等于2时，双相位丁类放大器包括：

控制器、第一脉冲宽度调制电路、第二脉冲宽度调制电路、第一1/2乘法器、第二1/2乘法器、加法器、第一子减法器、第二子减法器、第一子低通滤波器、第二子低通滤波器、第一子放大器、第二子放大器、第一调整减法器、第二调整减法器、第一开关电路、第二开关电路、第一电感、第二电感以及电容；其中，

所述输入信号输入至所述控制器的第一输入端，所述控制器的输出端分别与第一调整减法器的输入端和第二调整减法器的输入端连接，所述第一调整减法器的输出端与第一脉冲宽度调制电路的输入端连接，第一脉冲宽度调制电路的输出端分别与第一子减法器的输入端、第一1/2乘法器的输入端以及第一开关电路的输入端连接；所述第二调整减法器的输出端与所述第二脉冲宽度调制电路的输入端连接，第二脉冲宽度调整电路的输出端分别与第二子减法器的输入端、第二1/2乘法器的输入端以及第二开关电路的输入端连接；

所述第一1/2乘法器的输出端和所述第二1/2乘法器的输出端均与所述加法器的输入端连接，所述加法器的输出端分别与所述第一子减法器的输入端和所述第二子减法器的输入端连接；所述第一子减法器的输出端与所述第一子低通滤波器的输入端连接，所述第一子低通滤波器的输出端与所述第一子放大器的输入端连接，所述第一子放大器的输出端与所述第一调整减法器的输入端连接；所述第二子减法器的输出端与所述第二子低通滤波器的输入端连接，所述第二子低通滤波器的输出端与所述第二子放大器的输入端连接，所述第二子放大器的输出端与所述第二调整减法器的输入端连接；

所述第一开关电路的电源输入端接入一电源电压，所述第一开关电路的接地端接地；所述第二开关电路的电源输入端接入一电源电压，所述第二开关电路的接地端接地；所述第一开关电路的输出端与所述第一电感的一端连接，所述第二开关电路的输出端与所述第二电感的一端连接，所述第一电感的另一端与所述第二电感的另一端连接并分别与所述电容的一端和所述控制器的第二输入端连接并输出所述放大信号，所述电容的另一端接地。

11.根据权利要求9所述的N相位丁类放大器，其特征在于，当所述N等于2时，双相位丁类放大器包括：

控制器、第三脉冲宽度调制电路、第四脉冲宽度调制电路、第三子减法器、第四子减法器、第三子低通滤波器、第四子低通滤波器、第三子放大器、第四子放大器、第三开关电路、第四开关电路、第三电感、第四电感以及电容；其中，

所述输入信号输入至所述控制器的第一输入端，所述控制器的输出端分别与所述第三脉冲宽度调制电路的输入端和所述第四脉冲宽度调制电路的输入端连接，所述第三脉冲宽度调制电路的输出端分别与所述第三子减法器的输入端、第四子减法器的输入端以及所述第三开关电路的输入端连接，所述第四脉冲宽度调制电路的输出端分别与所述第四子减法器的输入端、第三子减法器的输入端以及所述第四开关电路的输入端连接；

所述第三子减法器的输出端与所述第三子低通滤波器的输入端连接，所述第三子低通滤波器的输出端与所述第三子放大器的输入端连接，所述第三子放大器的输出端与所述第三脉冲宽度调制电路的输入端连接；所述第四子减法器的输出端与所述第四子低通滤波器的输入端连接，所述第四子低通滤波器的输出端与所述第四子放大器的输入端连接，所述第四子放大器的输出端与所述第四脉冲宽度调制电路的输入端连接；

所述第三开关电路的电源输入端接入一电源电压，所述第三开关电路的接地端接地；所述第三开关电路的电源输入端接入一电源电压，所述第三开关电路的接地端接地；所述第三开关电路的输出端与所述第三电感的一端连接，所述第四开关电路的输出端与所述第四电感的一端连接，所述第三电感的另一端与所述第四电感的另一端连接并分别与所述电容的一端和所述控制器的第二输入端连接并输出所述放大信号，所述电容的另一端接地。